详解基于无损检测的生命周期锂离子动力锂电池安全性分析

锂离子电池具有比能量高、比功率大、使用寿命长、工作范围宽、无污染、价格便宜、自放电小等优点，已经广泛应用于储能电站、空间技术、电动汽车等领域。特别是在国家的政策支持下，新能源技术快速发展，动力锂电池作为电动汽车的核心部件越来越受到人们的关注，其直接决定了新能源电动汽车性能的优劣，因而现今对锂离子动力锂电池性能与安全的要求越来越高。然而，锂离子电池的安全性问题一直是遏制电动汽车产业发展和推广的关键因素之一，尤其近年来由于热失控引起的锂离子电池起火爆炸事件极大影响了用户的信心。安全性问题将很大程度上影响锂离子电池的使用寿命,不利于锂离子电池更加广泛的应用前景，此问题也是限制当前锂离子电池在高能量大功率领域应用的关键性因素，所以很有必要对锂离子动力锂电池进行更加完善的性能和安全性测试。

创新点及解决的问题

通过充放电循环试验，对电池的寿命衰减进行测试分析，并基于X-ray无损技术分析以不同倍率大小电流充放电循环后三元锂离子动力锂电池的安全失效程度，为研究锂离子动力锂电池的安全性问题供应新方法，也为高性能电池及系统的安全防护分析与评价和相关的功能与性能改善供应了必要的技术支持。

重点内容导读

1.1试验对象

1.2充放电循环试验过程

1.3无损检测设备及原理

选取车用三元材料圆柱型锂离子动力锂电池作为试验样品，对其进行充放电循环测试。测试结果表明，500次充放电循环后，采用1C放电的容量保持率小于采用(1/3)C放电的容量保持率，通过1C放电的电池内阻新增量比通过(1/3)C放电的电池内阻新增量更大，基于此可以得知通过1C放电的电池循环寿命比通过(1/3)C放电的电池循环寿命衰减更明显，说明大倍率电流作为重要的影响因素会加快电池循环寿命衰减的速度。

电池的循环寿命是衡量锂离子动力锂电池性能的重要指标因素之一，很大程度上决定了电动汽车的安全性。电动汽车长时间运行的同时，作为其核心部件的动力锂电池也在不断经历充放电循环的过程。利用X-ray无损测试方法，针对三元材料圆柱型锂离子动力锂电池经过大倍率电流充放电循环后所造成的寿命衰减程度进行研究。测试分析表明，车用三元动力锂电池经历持续的充放电循环后，其内部结构发生较大变化，电池极片出现不同程度的褶皱情况，电池性能有着不同程度的下降，造成电池的使用寿命出现不同幅度的衰减，电池安全性的不断降低会在很大程度上影响电动汽车运行使用的整体安全性状况。同时，通过对电池褶皱缺陷宽的数值比较变化和其内部结构的分析可以表明，充放电电流倍率越大，循环后电池极片褶皱缺陷的程度更大，电池的寿命衰减及老化速度更快，以致相应的安全失效的程度更大。

特别针对高能量大功率电池的应用方面，如何预测电池安全失效的程度并且防止其使用寿命的缩短对相应的动力锂电池系统乃至电动汽车的性能和安全的改进与提升都具有重要意义。本文提出了具有良好应用前景的X-ray无损测试技术，X-ray无损技术是最有效的测试物体内部结构的方法之一，利用此技术可以获取电池内部的三维结构信息，实现电池内部各个方向的断层重构成像，由此可以观察电池内部损伤的情况，可用于分析不同类型的锂离子电池的安全性和电池发生故障的根本原因。本文基于此技术分析了三元锂离子动力锂电池寿命衰减程度及其内部结构的变化，为研究电池寿命衰减及安全失效的诱发原因供应了新方法，也为高性能电池及系统的安全防护分析与评价和相关的功能与性能改善供应了必要的技术支持。

后续还要更大管电压和更高分辨率的X-ray无损仪器设备进行更加清晰完善的测试分析，设计更加完整的有关锂离子动力锂电池生命周期内安全失效程度研究分析的模式。

团队介绍

我国北方车辆研究所动力锂电池团队是国家863电动汽车重大专项动力锂电池测试中心，国家储能及动力锂电池质量监督检验中心，已占领新能源汽车动力锂电池行业制高点。我国北方车辆研究所动力锂电池团队作为国家863电动汽车重大专项动力锂电池测试基地，从2001年先后承担动力锂电池测试基地建设、动力锂电池测试评价技术研究以及动力锂电池共性技术研究等7个863课题；制定锂离子电池、镍氢电池、电容器、电池管理系统等国家标准和行业标准10余个；同时，团队累计为国内外动力锂电池公司出具动力锂电池强制性检测报告超过2000份，以标准引领、质量把关见证和促进了我国动力锂电池技术水平的快速发展和提升。

随着针对锂离子动力锂电池安全性测试研究的不断深入，我国北方车辆研究所动力锂电池团队关于锂离子动力锂电池的热失控机理及安全防护功能开展了大量研究工作。除了自身的不断研究之外，我国北方车辆研究所动力锂电池团队还积极与高校、公司联合研究相关课题，寻求搭建更完善的锂离子动力锂电池安全失效测试分析与评价的流程和模式。